張冀蘭 單志明 初德月

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

汽輪機(jī)凝汽器正常運(yùn)行時(shí)需保持一定的真空度，凝汽器真空可以分為兩個(gè)過(guò)程：一是汽輪機(jī)排汽絕大部分在凝汽器凝結(jié)成水，二是在凝結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的不凝結(jié)氣體，通過(guò)抽氣器連續(xù)抽出。為了使汽輪機(jī)的排汽能夠迅速凝結(jié)成水，則是通過(guò)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不斷冷卻帶走凝汽器的熱量實(shí)現(xiàn)的。

1 凝汽器真空對(duì)機(jī)組的影響

凝汽器真空降低，即意味著汽輪機(jī)排汽壓力升高，使得汽輪機(jī)耗汽量增加，經(jīng)濟(jì)性降低。相反，真空升高，則排汽壓力降低，耗汽量減少，經(jīng)濟(jì)性提高。

1.1 真空升高

當(dāng)其他參數(shù)保持不變，凝汽器真空升高時(shí)，蒸汽總焓降增加，即蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做功增加，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)帶走的熱量損失減少；但維持較高真空，在循環(huán)水溫度保持不變的情況下，必須增加循環(huán)冷卻水流量，因而循環(huán)水泵消耗的電量將增加。所以，凝汽器真空維持在某一特定值時(shí)對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性才是最有利的。這一特定真空稱(chēng)為最有利真空，即通過(guò)提高凝汽器真空，使機(jī)組增加的發(fā)電量與循環(huán)水泵增加的消耗的電量之差達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的凝汽器真空。另外，由于汽輪機(jī)末級(jí)噴嘴蒸汽膨脹能力的限制,凝汽器真空達(dá)到一定值時(shí)，隨著真空增加，機(jī)組的發(fā)電量不再增加，而且隨真空增加，汽輪機(jī)末級(jí)的蒸汽濕度增加，增加了蒸汽對(duì)末級(jí)葉片的水蝕作用，使末級(jí)葉片處于不利的工作環(huán)境下，降低了末級(jí)葉片的使用壽命。即凝汽器的真空超過(guò)最有利真空時(shí)不僅經(jīng)濟(jì)性下降，而且對(duì)汽輪機(jī)的安全也是不利的。

汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，若真空出現(xiàn)異常，必須及時(shí)分析原因，并采取相應(yīng)的措施。一般情況下可以使用下圖來(lái)簡(jiǎn)單地判斷真空是否正常以及分析因循環(huán)水進(jìn)口溫度、循環(huán)水出口溫度、汽輪機(jī)排汽溫度及凝結(jié)水溫度異常而導(dǎo)致的真空下降。圖中實(shí)線表示真空系統(tǒng)正常時(shí)的工作情況，虛線則代表異常工況。通過(guò)對(duì)比虛線與實(shí)線的斜率可以簡(jiǎn)單判斷引起凝汽器真空異常的原因：

圖1 真空變化因素示意圖

若1～2間的虛線斜率大于實(shí)線，則表示冷卻水量變少；若2～3間的虛線斜率大于實(shí)線，則表明傳熱情況惡化，如凝汽器鈦管臟污、結(jié)垢等；若3～4間的虛線斜率大于實(shí)線，則表明過(guò)冷度增加，如漏入空氣等；若各虛線的斜率不變，則主要是由于冷卻水進(jìn)口水溫不同引起的。

1.2 真空下降

當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，凝汽器真空降低，蒸汽總焓降減少，即蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做功減少，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)帶走的熱量損失增加，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性有較大的影響，主要表現(xiàn)為：

1)真空降低、排汽溫度升高，循環(huán)冷卻導(dǎo)出到最終熱阱的熱量增加，蒸汽做功后的冷源損失增大，機(jī)組的熱效率下降，經(jīng)濟(jì)性降低。

2)當(dāng)凝汽器真空降低，保持機(jī)組負(fù)荷不變時(shí)，蒸汽流量增加，這時(shí)末級(jí)葉片可能超負(fù)荷。

3)當(dāng)凝汽器真空降低，汽輪機(jī)排汽溫度升高：使汽輪機(jī)低壓缸及其軸承等部件受熱發(fā)生形變不均勻膨脹，引起機(jī)組中心偏移，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)增大；可能引起凝汽器傳熱管脹接部位松弛，破壞凝汽器的嚴(yán)密性。

2 真空系統(tǒng)泄漏途徑及影響因素

空氣可通過(guò)兩個(gè)渠道漏入凝汽器，一是通過(guò)蒸汽流動(dòng)經(jīng)排汽進(jìn)入凝汽器，另一個(gè)也是主要的途徑則是因真空系統(tǒng)本身的密封性不足而導(dǎo)致空氣漏入。其中第一個(gè)途徑進(jìn)入凝汽器的不溶性氣體，數(shù)量較少。因而空氣主要是通過(guò)第二個(gè)途徑漏入凝汽器，一般可能漏入空氣的部位大概如下：閥門(mén)閥桿、法蘭連接處、水位計(jì)接頭以及其密封性較差的連接部件。除此之外，處于真空狀態(tài)的汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)、軸封加熱器、抽氣器排氣管道等的嚴(yán)密性也直接影響凝汽器的真空。

3 真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的影響及泄漏部位查找

凝汽器漏入空氣時(shí)會(huì)明顯地降低凝汽器管壁的傳熱系數(shù)，由于我廠使用的是射汽式抽氣器，大量的空氣漏入會(huì)導(dǎo)致抽氣器過(guò)負(fù)荷，進(jìn)一步使真空惡化。由于蒸汽、空氣混合物在凝結(jié)時(shí)，將導(dǎo)致凝結(jié)水過(guò)冷度增大，水中含氧量增加，造成給水含氧量的增加，增加凝結(jié)水、給水管道、蒸汽發(fā)生器等設(shè)備氧化腐蝕的可能性，甚至引起蒸發(fā)器二次側(cè)及汽輪機(jī)通流部分氧化物結(jié)垢，使設(shè)備的運(yùn)行工況惡化。因此凝汽器真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性應(yīng)維持在較高水平，一般來(lái)說(shuō)真空下降的速度與漏入的空氣量成線性關(guān)系。在我廠真空嚴(yán)密性試驗(yàn)中其驗(yàn)收準(zhǔn)則為：平均每分鐘真空下降3mmHg合格；2mmHg為良好；1mmHg為優(yōu)秀。而我國(guó)制定的凝汽器真空系統(tǒng)嚴(yán)密性標(biāo)準(zhǔn)為：真空值下降率400Pa／min(約為3mmHg)為優(yōu)良，下降率667Pa／min為合格。可見(jiàn)我廠的標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格。真空嚴(yán)密性實(shí)際上代表了凝汽器真空下降的快慢，也是機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)，在真空嚴(yán)密性下降時(shí)，應(yīng)盡快查找并消除漏點(diǎn)，一般步驟如下：

3.l 記錄異常時(shí)的參數(shù)

系統(tǒng)發(fā)生異常，往往會(huì)表現(xiàn)在某些參數(shù)的異常變化上，所以凝汽器真空系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，也需要及時(shí)記錄相關(guān)參數(shù)，以便進(jìn)行查找漏點(diǎn)時(shí)進(jìn)行分析驗(yàn)證，一般來(lái)說(shuō)需要記錄的參數(shù)主要有：凝汽器真空，排汽溫度，凝結(jié)水溫、氧含量，循環(huán)冷卻水入口溫度、出口溫度等。

3.2 參數(shù)分析

通過(guò)與正常值對(duì)比、分析，查找關(guān)鍵項(xiàng)目1)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果是否正常；2)凝汽器端差正常時(shí)為2～6℃，我廠正常運(yùn)行時(shí)約3～4℃，若其達(dá)l0℃以上，則說(shuō)明該泄漏點(diǎn)較大；3)凝結(jié)水溶氧一般在5ug/kg以下，若系統(tǒng)漏空，該值將大幅度地增大；4)若漏點(diǎn)較大，漏入的空氣在凝汽器傳熱管外壁形成一層空氣薄膜，使得傳熱效果大大減弱，因而循環(huán)冷卻水溫升將大大降低。

由于凝汽器傳熱系數(shù)基本相同，正常運(yùn)行時(shí)我廠兩臺(tái)凝汽器兩側(cè)因循環(huán)水量相同，兩側(cè)循環(huán)水溫升也基本相同，所以，當(dāng)某臺(tái)凝汽器某側(cè)出現(xiàn)漏空點(diǎn)時(shí)，該側(cè)蒸汽凝汽傳熱系數(shù)將下降，傳熱量減少，循環(huán)水溫升降低，而另一側(cè)循環(huán)水溫升則增大，這也可為確定凝汽器漏空氣點(diǎn)、查找漏氣點(diǎn)提供新的依據(jù)。

3.3 漏空點(diǎn)分析

一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)影響的不同，漏空點(diǎn)可以分為兩類(lèi)：若泄漏點(diǎn)在凝汽器熱阱水位以下，則其對(duì)真空影響較小，對(duì)凝結(jié)水溶氧含量影響較大；若泄漏點(diǎn)在凝汽器熱阱水位以上，則其對(duì)真空影響較大，對(duì)凝結(jié)水溶氧影響較小。這是因?yàn)樗嫦碌穆┛拯c(diǎn)漏入的空氣首先進(jìn)入凝結(jié)水中，在其中經(jīng)過(guò)溶解部分氧氣后進(jìn)入凝汽器，被抽氣器抽出，故凝結(jié)水含氧量會(huì)較高；而在水面以上的漏空點(diǎn)，漏入的空氣，在漏入量不超過(guò)抽氣器負(fù)荷時(shí)，大部分空氣首先就會(huì)被抽氣器抽出，只有微量氧氣溶于凝結(jié)水中。一般漏空點(diǎn)都是在負(fù)壓區(qū)，隨機(jī)組負(fù)荷升高，凝汽器背壓提高，因壓差減小，漏入空氣量相對(duì)降低。如果漏入量較小，沒(méi)有超過(guò)兩臺(tái)主抽的抽吸能力，凝汽器內(nèi)真空在負(fù)荷升高時(shí)，真空升高，凝結(jié)水溶氧降低；負(fù)荷降低時(shí)，與此相反。如果漏入量非常大，則真空會(huì)迅速降低，應(yīng)立即按規(guī)程降負(fù)荷停機(jī)。

4 查找、分析漏空點(diǎn)方法總結(jié)

4.1 機(jī)組工況

在真空嚴(yán)密性試驗(yàn)不合格或出現(xiàn)漏入空氣的現(xiàn)象時(shí)，首先考慮當(dāng)前機(jī)組狀態(tài)，判斷機(jī)組是一直保持運(yùn)行，還是剛剛啟動(dòng)不久，系統(tǒng)狀態(tài)未回復(fù)正常。若機(jī)組啟動(dòng)不久或者機(jī)組工況發(fā)生過(guò)變動(dòng)，則應(yīng)檢查是否有真空系統(tǒng)的疏水門(mén)沒(méi)有關(guān)閉，或者是因機(jī)組啟、停導(dǎo)致某些真空系統(tǒng)管道焊口裂縫漏空等。

4.2 運(yùn)行操作

機(jī)組在長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行中若發(fā)現(xiàn)凝汽器真空異常下降，則首先應(yīng)檢查近期的相關(guān)運(yùn)行操作是否影響真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，操作過(guò)程中涉及真空系統(tǒng)的設(shè)備、閥門(mén)狀態(tài)是否恢復(fù)正常狀態(tài)，尤其是疏水閥、放氣閥等。

4.3 其他異常情況

當(dāng)機(jī)組因故障、瞬態(tài)等原因發(fā)生過(guò)甩負(fù)荷、負(fù)荷突變、重要閥門(mén)狀態(tài)突變等異常情況時(shí)，很容易因溫度、壓力波動(dòng)較大造成一些薄弱環(huán)節(jié)的焊接部位、伸縮節(jié)等位置產(chǎn)生裂縫，產(chǎn)生漏空點(diǎn)。這些漏空點(diǎn)一般在管道的保溫層內(nèi)，不易發(fā)現(xiàn)。

上面給出的一些分析的方法，希望能夠?qū)焖?、有效地查出漏空點(diǎn)起到一點(diǎn)借鑒。綜上所述可知凝汽器的真空并不是越高越好，應(yīng)當(dāng)盡量保證在最有利真空條件下運(yùn)行，及經(jīng)濟(jì)真空下運(yùn)行。與此同時(shí)，凝汽器的汽側(cè)嚴(yán)密性對(duì)真空的維持又是至關(guān)重要的，在實(shí)際運(yùn)行中真空的異常下降是一個(gè)不容忽視的大問(wèn)題，原因很多，但主要是真空系統(tǒng)嚴(yán)密性下降或抽氣系統(tǒng)故障所致。由于凝汽器的真空對(duì)機(jī)組的運(yùn)行至關(guān)重要，所以應(yīng)做到防患于未然，定期檢查相關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)的狀態(tài)，才能保證機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

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[2]閆桂煥，顧昌，鄭李坤.300MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2002(06).